EP2626578A1 - Gleitlageranordnung - Google Patents

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EP2626578A1
EP2626578A1 EP13152299.7A EP13152299A EP2626578A1 EP 2626578 A1 EP2626578 A1 EP 2626578A1 EP 13152299 A EP13152299 A EP 13152299A EP 2626578 A1 EP2626578 A1 EP 2626578A1
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EP
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sliding surface
sliding
slide bearing
coating
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EP13152299.7A
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Bernd Gaertner
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
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    • F16C2360/00—Engines or pumps

Definitions

  • the invention relates to a sliding bearing arrangement with a coating of a sliding material of lower hardness on a surface of a first component, wherein the free surface of the coating forms a first sliding surface which is slidably close to a second sliding surface of a second component in abutment.
  • a control disk In axial piston machines, a control disk alternately connects cylinders of a rotating cylinder drum to a hydraulic fluid-carrying high pressure and low pressure working line.
  • the cylinder drum slides on the control disc.
  • the cylinder drum must be strongly pressed against the control disk to avoid unnecessary hydraulic fluid loss at high working pressures.
  • the first component is provided with the coating of a sliding material.
  • This sliding material is usually made of a copper base material with lead additives. Since the lead with these materials is miscible neither in the solid nor in the liquid state, it is present as spherical lead inclusions. These melt at high operating temperatures and are removed in this way. At the points, well-like depressions are formed in the coating, which correspond to the structure of the previous inclusions. The coating itself is soft and therefore able to embed particles from abrasion and compensate for manufacturing and operational deformations due to wear.
  • the object of the invention is therefore to provide a simply constructed sliding bearing assembly of the type mentioned, which avoids such a burden on the environment.
  • the coating of the first component of a lead-free sliding material and the second component consists of a material of greater hardness than the hardness of the coating of the first component, wherein the sliding surface of the second component a plurality of distributed over the sliding surface cup-like depressions having.
  • lubricant can be inserted into the well-like recesses and provide for a reduction of the friction between the two sliding partners.
  • the use of lead is waived, so that no environmental pollution by lead is possible.
  • the slide bearing assembly is also highly resilient.
  • the high hardness of the second component also leads to a lower wear of the second component and thus to a longer service life of the sliding bearing assembly.
  • first component and / or the second component consist of iron or an iron alloy, then these components are highly resilient.
  • the sliding material of the coating of the first component is a lead-free bronze or other lead-free bearing material.
  • the well-like depressions can be produced in a simple manner on the second component by a material-removing method, wherein the cup-like Recesses by a machining method or an etching method or a laser method can be generated.
  • the second component consists of a material in which a plurality of inclusions are distributed in corresponding receiving chambers, wherein the outwardly free on the sliding surface inclusions from the receiving chambers of the second component can be triggered and the receiving chambers of the triggered inclusions form the well-like depressions.
  • the triggering of the inclusions can e.g. take place in that they are dissolved in the operation of the sliding bearing assembly by lubricant and / or flushed out of the receiving chambers.
  • the second component consists of a spheroidal graphite cast iron (EN 1563) or a cast iron with nodular graphite cast iron (EN 1564), then a high hardness and wear resistance of the second component is achieved.
  • the first sliding surface and the second sliding surface may be flat sliding surfaces.
  • the first component may be a control plate or a rotating cylinder drum of a hydraulic axial piston machine
  • the first sliding surface may be arranged on the control plate or the cylinder drum and the second sliding surface on the cylinder drum or the control plate of the axial piston machine.
  • first sliding surface and the second sliding surface to each other are concentric sliding surfaces
  • first component is a piston and the second component may be a cylinder of a piston-cylinder unit and the first sliding surface on the radially circumferential surface of the piston or on the cylindrical inner surface of the cylinder and the second sliding surface on the cylindrical inner surface of the cylinder or on the radially circumferential circumferential surface of the piston are arranged.
  • the plain bearing arrangements shown in the figures have a main body as the first component 1, which is e.g. may be a control plate of a hydraulic axial piston machine.
  • This first component 1 may consist of steel for reasons of stability.
  • a coating 2 made of a lead-free bronze is fixed, whose free surface facing away from the first component 1 forms a planar first sliding surface 3.
  • first sliding surface 3 is a flat second sliding surface 4 of a second component 5, which consists of a ferrous material of high hardness and thus has a high wear resistance.
  • the second component 5 may be a cylinder drum of the axial piston machine.
  • the second component 5 is made of an iron alloy.
  • a multiplicity of well-like depressions 6 are formed in the second sliding surface 4 distributed over the second sliding surface 4, which have a width of the order of 100 microns. It is understood that the width may also be smaller, for example 10-20 ⁇ m, but also larger, for example 200 ⁇ m.
  • the second component 5 likewise consists of an iron alloy, in which, however, inclusions 7 of graphite, in particular spheroidal graphite, are contained which fill the receiving chambers in the second component 5.
  • the second component 5 rotates with its second sliding surface 4 on the first sliding surface 3 of the first component 1.
  • existing lubricant such as hydraulic oil is placed in the well-like depressions 6, 6 ', which are used as lubricant reservoir in case of lack of lubricant or mixed friction.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitlageranordnung mit einer Beschichtung (2) aus einem Gleitwerkstoff geringerer Härte auf einer Fläche eines ersten Bauteils (1), wobei die freie Fläche der Beschichtung eine erste Gleitfläche (3) bildet, die gleitbar dicht an einer zweiten Gleitfläche (4) eines zweiten Bauteils (5) in Anlage ist. Die Beschichtung des ersten Bauteils (1) besteht aus einem bleifreien Gleitwerkstoff und das zweite Bauteil (5) aus einem Werkstoff größerer Härte als der Härte der Beschichtung des ersten Bauteils (1). Dabei weist die Gleitfläche des zweiten Bauteils (5) eine Vielzahl über die Gleitfläche verteilte näpfchenartige Vertiefungen (6) auf.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitlageranordnung mit einer Beschichtung aus einem Gleitwerkstoff geringerer Härte auf einer Fläche eines ersten Bauteils, wobei die freie Fläche der Beschichtung eine erste Gleitfläche bildet, die gleitbar dicht an einer zweiten Gleitfläche eines zweiten Bauteils in Anlage ist.
  • Bei Axialkolbenmaschinen verbindet eine Steuerscheibe abwechselnd Zylinder einer sich drehenden Zylindertrommel mit einer Hydraulikflüssigkeit führenden Hochdruck-und Niederdruckarbeitsleitung.
  • Die Zylindertrommel gleitet auf der Steuerscheibe. Die Zylindertrommel muß stark gegen die Steuerscheibe gedrückt werden, um bei den hohen auftretenden Arbeitsdrücke unnötige Hydraulikflüssigkeitsverluste zu vermeiden.
  • Um die Reibung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil zu verringern, die durch den hohen Druck, mit dem die Zylindertrommel gegen die Steuerscheibe gedrückt wird, entsteht, ist das erste Bauteil mit der Beschichtung aus einem Gleitwerkstoff versehen. Dieser Gleitwerkstoff besteht in der Regel aus einem Kupferbasiswerkstoff mit Bleizusätzen. Da das Blei mit diesen Werkstoffen weder im festen noch im flüssigen Zustand mischbar ist, liegt es als kugelförmige Bleieinschlüsse vor. Diese Diese schmelzen bei hohen Betriebstemperaturen und werden auf diese Weise entfernt. An den Stellen bilden sich in der Beschichtung näpfchenartige Vertiefungen, die der Struktur der vorherigen Einschlüsse entsprechen. Die Beschichtung selbst ist weich und dadurch fähig, Partikel aus Abrieb einzubetten und fertigungs- sowie betriebsbedingte Verformungen durch Verschleiß auszugleichen.
  • Diese Bleizusätze führen bei ihrem Verschleiß zu einer Belastung der Umwelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher eine einfach aufgebaute Gleitlageranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine derartige Belastung der Umwelt vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Beschichtung des ersten Bauteils aus einem bleifreien Gleitwerkstoff und das zweite Bauteil aus einem Werkstoff größerer Härte als der Härte der Beschichtung des ersten Bauteils besteht, wobei die Gleitfläche des zweiten Bauteils eine Vielzahl über die Gleitfläche verteilte näpfchenartige Vertiefungen aufweist.
  • Im Betrieb der Gleitlageranordnung kann sich Schmierstoff in die näpfchenartigen Vertiefungen einsetzen und für eine Reduzierung der Reibung zwischen den beiden Gleitpartnern sorgen. Auf die Verwendung von Blei wird verzichtet, so dass auch keine Umweltbelastung durch Blei möglich ist.
  • Da der bleifreie Gleitwerkstoff eine hohe Festigkeit und das zweite Bauteil eine große Härte aufweist, ist die Gleitlageranordnung auch hoch belastbar.
  • Die hohe Härte des zweiten Bauteils führt außerdem auch zu einem geringeren Verschleiß des zweiten Bauteils und damit zu einer höheren Standzeit der Gleitlageranordnung.
  • Bestehen das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil aus Eisen oder einer Eisenlegierung, so sind diese Bauteile hoch belastbar.
  • Gute Lagereigenschaften mit hoher Festigkeit werden dadurch erreicht, dass der Gleitwerkstoff der Beschichtung des ersten Bauteils eine bleifreie Bronze oder ein anderer bleifreier Gleitlagerwerkstoff ist.
  • Die näpfchenartigen Vertiefungen können in einfacher Weise am zweiten Bauteil durch ein materialabhebendes Verfahren erzeugt sein, wobei die näpfchenartigen Vertiefungen durch ein spanabhebendes Verfahren oder ein Ätzverfahren oder ein Laserverfahren erzeugbar sein können.
  • Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung der näpfchenartigen Vertiefungen besteht darin, dass das zweite Bauteil aus einem Werkstoff besteht, in dem in entsprechenden Aufnahmekammern eine Vielzahl von Einschlüssen verteilt enthalten sind, wobei die an der Gleitfläche nach außen freien Einschlüsse aus den Aufnahmekammern des zweiten Bauteils auslösbar sind und die Aufnahmekammern der ausgelösten Einschlüsse die näpfchenartigen Vertiefungen bilden.
  • Das Auslösen der Einschlüsse kann z.B. dadurch erfolgen, dass sie im Betrieb der Gleitlageranordnung durch Schmierstoff gelöst und/oder aus den Aufnahmekammern herausgespült werden.
  • Dazu sind vorteilhafterweise die Einschlüsse Kugelgraphit.
  • Besteht dabei das zweite Bauteil aus einem Gusseisen mit Kugelgraphit (EN 1563) oder einem ausferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit (EN 1564), so wird dabei auch noch eine große Härte und Verschleißbeständigkeit des zweiten Bauteils erreicht.
  • Die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche können ebene Gleitflächen sein.
  • In einer Ausführung kann dabei das erste Bauteil eine Steuerplatte oder eine rotierende Zylindertrommel einer hydraulischen Axialkolbenmaschine sein und die erste Gleitfläche an der Steuerplatte oder der Zylindertrommel sowie die zweite Gleitfläche an der Zylindertrommel oder der Steuerplatte der Axialkolbenmaschine angeordnet sein.
  • Es ist aber auch möglich, dass die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche zueinander konzentrische Gleitflächen sind, wobei das erste Bauteil ein Kolben und das zweite Bauteil ein Zylinder einer Kolben-Zylindereinheit sein können und die erste Gleitfläche an der radial umlaufenden Mantelfläche des Kolbens oder an der zylindrischen Innenfläche des Zylinders sowie die zweite Gleitfläche an der zylindrischen Innenfläche des Zylinders oder an der radial umlaufenden Mantelfläche des Kolbens angeordnet sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Gleitlagerteile einer Gleitlageranordnung
    Fig. 2
    einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Gleitlagerteile einer Gleitlageranordnung.
  • Die in den Figuren dargestellten Gleitlageranordnungen weisen einen Grundkörper als erstes Bauteil 1 auf, das z.B. eine Steuerplatte einer hydraulischen Axialkolbenmaschine sein kann. Dieses erste Bauteil 1 kann aus Stabilitätsgründen aus Stahl bestehen.
  • Auf dem ersten Bauteil 1 ist eine Beschichtung 2 aus einer bleifreien Bronze fest angeordnet, deren dem ersten Bauteil 1 abgewandte freie Fläche eine ebene erste Gleitfläche 3 bildet.
  • An dieser ersten Gleitfläche 3 liegt eine ebene zweite Gleitfläche 4 eines zweiten Bauteils 5 an, das aus einem eisenhaltigen Werkstoff hoher Härte besteht und somit eine hohe Verschleißfestigkeit besitzt. Das zweite Bauteil 5 kann eine Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine sein.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 besteht das zweite Bauteil 5 aus einer Eisenlegierung. Durch ein Laserverfahren sind in der zweiten Gleitfläche 4 über die zweite Gleitfläche 4 verteilt eine Vielzahl näpfchenartige Vertiefungen 6 ausgebildet, die eine Breite in der Größenordnung von 100 µm aufweisen. Es versteht sich, dass die Breite auch geringer, z.B. 10-20 µm, aber auch größer, z.B. 200 µm sein kann.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 besteht das zweite Bauteil 5 ebenfalls aus einer Eisenlegierung, in der aber verteilt Einschlüsse 7 von Graphit, insbesondere von Kugelgraphit enthalten sind, die Aufnahmekammern in dem zweiten Bauteil 5 ausfüllen.
  • Die Einschlüsse 7 der an der zweiten Gleitfläche 4 nach außen mündenden Aufnahmekammern sind aus den Aufnahmekammern ausgelöst, so dass diese nach außen mündenden Aufnahmekammern näpfchenartige Vertiefungen 6' bilden.
  • Im Betrieb der Axialkolbenmaschine rotiert das zweite Bauteil 5 mit seiner zweiten Gleitfläche 4 auf der ersten Gleitfläche 3 des ersten Bauteils 1. Zwischen den Gleitflächen 3 und 4 vorhandenes Schmiermittel wie Hydrauliköl setzt sich in die näpfchenartigen Vertiefungen 6, 6', die als Schmierstoffreservoirs bei Schmierstoffmangel oder Mischreibung dienen.

Claims (12)

  1. Gleitlageranordnung mit einer Beschichtung aus einem Gleitwerkstoff geringerer Härte auf einer Fläche eines ersten Bauteils, wobei die freie Fläche der Beschichtung eine erste Gleitfläche bildet, die gleitbar dicht an einer zweiten Gleitfläche eines zweiten Bauteils in Anlage ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Beschichtung (2) des ersten Bauteils (1) aus einem bleifreien Gleitwerkstoff und das zweite Bauteil (5) aus einem Werkstoff größerer Härte als der Härte der Beschichtung (2) des ersten Bauteils (1) besteht, wobei die Gleitfläche (4) des zweiten Bauteils (5) eine Vielzahl über die Gleitfläche (4) verteilte näpfchenartige Vertiefungen (6, 6') aufweist.
  2. Gleitlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und/oder das zweite Bauteil (5) aus Eisen oder einer Eisenlegierung bestehen.
  3. Gleitlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitwerkstoff der Beschichtung (2) des ersten Bauteils (1) eine bleifreie Bronze oder ein anderer bleifreier Gleitlagerwerkstoff ist.
  4. Gleitlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die näpfchenartigen Vertiefungen (6) durch ein materialabhebendes Verfahren erzeugt sind.
  5. Gleitlageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die näpfchenartigen Vertiefungen (6) durch ein spanabhebendes Verfahren oder ein Ätzverfahren oder ein Laserverfahren erzeugbar sind.
  6. Gleitlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (5) aus einem Werkstoff besteht, in dem in entsprechenden Aufnahmekammern eine Vielzahl von Einschlüssen (7) verteilt enthalten sind, wobei die an der Gleitfläche (4) nach außen freien Einschlüsse (7) aus den Aufnahmekammern des zweiten Bauteils (5) auslösbar sind und die Aufnahmekammern der ausgelösten Einschlüsse (7) die näpfchenartigen Vertiefungen (6') bilden.
  7. Gleitlageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschlüsse (7) Kugelgraphit sind.
  8. Gleitlageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil aus einem Gusseisen mit Kugelgraphit oder aus einem ausferritischen Gußeisen mit Kugelgraphit besteht.
  9. Gleitlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleitfläche (3) und die zweite Gleitfläche (4) ebene Gleitflächen sind.
  10. Gleitlageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) eine Steuerplatte oder eine rotierende Zylindertrommel (3) einer hydraulischen Axialkolbenmaschine ist und die erste Gleitfläche (3) an der Steuerplatte oder der Zylindertrommel sowie die zweite Gleitfläche (4) an der Zylindertrommel oder der Steuerplatte der Axialkolbenmaschine angeordnet sind.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gleitfläche und die zweite Gleitfläche zueinander konzentrische Gleitflächen sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil ein Kolben und das zweite Bauteil ein Zylinder einer Kolben-Zylindereinheit sind und die erste Gleitfläche an der radial umlaufenden Mantelfläche des Kolbens oder an der zylindrischen Innenfläche des Zylinders sowie die zweite Gleitfläche an der zylindrischen Innenfläche des Zylinders oder an der radial umlaufenden Mantelfläche des Kolbens angeordnet sind.
EP13152299.7A 2012-02-10 2013-01-23 Gleitlageranordnung Withdrawn EP2626578A1 (de)

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